Les réseaux mobile : qu'est-ce que la 4G, la 3G, etc ?

2G, 3G, 4G... Depuis l'apparition de la téléphonie mobile, les réseaux utilisés n'ont cessé d'évoluer pour proposer une qualité de service toujours plus grande. Découvrez le fonctionnement d'un réseau mobile, les principales caractéristiques des technologies aujourd'hui déployées et les projets à venir. Avec, comme fil rouge, la problématique de l'expérience utilisateur.

Qu'est-ce qu'un réseau de téléphonie mobile ?

Un réseau de téléphonie mobile est un réseau permettant un usage simultané d'un grand nombre de téléphones portables ou de terminaux connectés, mobiles ou statiques, et ce même en cas de déplacement à vitesse élevée.

La technologie radio utilisée vise à partager un spectre hertzien entre de multiples usagers, eux-mêmes répartis dans différentes cellules radio en fonction de leur situation spatiale. Ainsi, pour communiquer depuis un téléphone portable, il faut se trouver à portée d'une antenne-relais investie par son opérateur mobile de sorte à réceptionner un signal radio suffisamment puissant. La qualité du signal est représentée par de petites barrettes généralement situées en haut à droite sur l'écran de son mobile. Ces dernières sont accompagnées d'un signe correspondant à la technologie réceptionnée par le téléphone sur le pan du territoire où il est utilisé (H+, Edge, 3G, 4G...).

Quand un appel est émis depuis un téléphone portable, celui-ci recherche prioritairement l'antenne-relais de son opérateur la plus proche afin d'établir une liaison radio. Le procédé est identique lors de la réception d'un appel, à la différence près que c'est l'antenne-relais et non plus le mobile qui prend l'initiative de la liaison. Pour cela, l'opérateur a besoin de savoir dans quelle cellule du réseau se trouve le destinataire de l'appel. A cette fin, les téléphones portables "se signalent" en permanence au réseau.

L'apparition du réseau mobile a constitué un bouleversement majeur dans les systèmes de communication puisqu'il a offert la possibilité de téléphoner et de se déplacer en même temps. Toutefois, plus l'utilisateur s'éloigne de l'antenne la plus proche, plus la qualité de la transmission en pâtit. Afin de remédier à ce désagrément, le mobile évalue continuellement la qualité des signaux se trouvant à proximité. En dessous d'un certain seuil, celui-ci peut alors basculer la liaison vers une autre antenne de l'opérateur, plus proche ou moins surchargée. On appelle ce procédé un transfert intercellulaire.

Technologies mobile et fréquences

Les mobiles emploient pour la plupart d'entre eux 3 technologies basées sur les réseaux cellulaires d'antennes, à savoir :

  • le GSM (Global System for Mobile Communications), aussi appelé 2G (deuxième génération) : il utilise les bandes de fréquences comprises entre 900 MHz et 1800 MHz. Dans sa forme la plus aboutie (EDGE) son débit se limite à 200Kb/s.
  • l'UMTS (Universal Mobile Telecommunications System), aussi appelé 3G (troisième génération) : plus performant que le GSM dans le traitement du signal, l'UMTS peut fournir des débits allant jusqu'à 40Mbits/s avec le H+ qui en est la version la plus récente. L'UMTS utilise des bandes de fréquences comprises entre 900 MHz et 2100 Mhz.
  • le LTE (Long Term Evolution), aussi appelé 4G (quatrième génération) : cette technologie, la plus moderne actuellement commercialisée, offre des débits jusqu'à 6 fois supérieurs à la H+ dans sa déclinaison la plus moderne (4G+). Elle utilise les fréquences 2600 MHz, 1800 MHz, 700 MHz et 800 MHz. Cette dernière était auparavant employée par la télévision analogique, aujourd'hui disparue au profit de la TNT.

Comprendre les réseaux mobile en vidéo

Détail des réseaux mobile

Le réseau 1G

Il s'agit de la toute première génération de réseau mobile, déployée en France dès 1986. Du nom de Radiocom 2000, le réseau était l'oeuvre et la propriété de France Télécom. La 1G était accessible par le biais de téléphones analogiques transportables, essentiellement intégrés aux voitures. Avant qu'il ne cesse d'être utilisé, le réseau Radiocom 2000 rassemblait environ 60 000 clients.

Le réseau 2G

Le réseau 2G, déployé en 1982 et toujours actif, est actuellement le réseau le plus étendu en France avec plus de 99% de couverture territoriale sur l'ensemble des opérateurs. Il représente le symbole du passage de l’analogique au numérique. En termes d'usages, la 2G est suffisante pour appeler et envoyer des SMS, voire des MMS (bien qu'il faille faire preuve de patience). Le réseau 2G est par ailleurs précurseur dans le transfert de données par paquets. Les débits généralement observés en 2G sont de 9.6Kbits/s, très loin des standards modernes.

Le réseau GPRS

Le réseau GPRS (de l'anglais General Packet Radio Service), aussi appelé 2,5G, offre une amélioration notable en matière de débit par rapport à la 2G (171,2Kbits/s théorique, 40Kbits/s généralement en pratique). Le standard GPRS est précurseur sur l'internet mobile. Il permet en outre de facturer l'utilisateur au volume échangé plutôt qu'à la durée de connexion, lui permettant de rester connecté sans surcoût. Le GPRS, à l'instar de la 2G, est diffusé sur les bandes de fréquences 900 MHz et 1800 MHz.

Le réseau EDGE

Evolution du GPRS, le réseau EDGE utilise en émission des bandes de fréquences comprises entre 876 MHz et 915 MHz, contre 921 MHz et 960 MHz en réception. Le réseau EDGE, aussi appelé 2,75G, a permis d'assurer la transition entre la 2G et la 3G en offrant des débits pouvant atteindre 384Kbits/s en théorie mais plus souvent 100Kbits/s en pratique. L'EDGE a été développé dans le but d'optimiser la partie radio du réseau mobile au niveau des données et d'améliorer les débits de téléchargements.

Le réseau 3G

Le réseau 3G, qui fonctionne exclusivement sur les bandes de fréquences 900 MHz et 2100 MHz, est l'un des réseaux mobile les plus utilisés en France. En 2017, il présentait une couverture territoriale allant de 80% à 95% selon les opérateurs. Avec un débit de 1,9Mbits/s, la 3G a complètement démocratisé l'utilisation de l'internet mobile (navigation web et réseaux sociaux, envoi de mail, échange de photos...). Sa mise en place, au début des années 2000, coïncide d'ailleurs avec l'avènement des smartphones, qui offrent un meilleur confort de navigation et présentent une meilleure ergonomie que les téléphones portables de la génération précédente.

Le réseau 3G+, H+ et H+ Dual Carrier

La 3G a connu trois améliorations successives avec la 3G+ (aussi appelée HSPA), le H+ (HSPA+) et le H+ Dual Carrier (DC-HSPA+). Il s'agit d'évolutions de l'UMTS visant à bénéficier de meilleurs débits : 3,6Mbits/s pour la 3G+, 5Mbits/s pour le H+ et 10Mbits/s pour le H+ Dual Carrier. Ces avancées ont permis d'aller plus loin dans les usages internet, avec notamment la possibilité de visionner des vidéos instantanément, sans patienter le temps du chargement.

Le réseau 4G

Avec un débit théorique de 150Mbits/s et un débit pratique de 40Mbits/s, la 4G ou LTE (Long Term Evolution) donne aux usagers l'opportunité de surfer à très grande vitesse. En 4G, l'utilisation des bandes de fréquences dépend de chaque opérateur : tous utilisent le 2600 MHz alors que seul Bouygues Telecom utilise la fréquence 1800 MHz. Le 800 MHz est employé par tous les opérateurs excepté Free, qui emploie le 700 MHz. En France, le lancement de la 4G a véritablement débuté en 2013. Durant ses premières années d'existence, la 4G a constitué un puissant argument de vente pour les opérateurs, qui l'ont placée au cœur de leur stratégie de communication. Aujourd'hui, presque tous les opérateurs proposent des forfaits 4G, si bien qu'elle est entrée dans les mœurs. Toutefois, son déploiement se limite pour l'heure essentiellement aux zones densément peuplées. La 4G permet de transférer des fichiers lourds, visionner des vidéos en HD, "live-streamer", etc.

Le réseau 4G+

Comme le GSM et l'UMTS, la norme LTE a connu des évolutions qui ont abouti au développement de la 4G+. Celle-ci offre des débits pouvant atteindre 1Gbit/s à l'arrêt et 100Mbits/s en mouvement. C'est Bouygues Telecom qui a pris les devants en se lançant dans la 4G+ dès juin 2014, avant qu'Orange ne lui emboîte le pas un mois plus tard. Chez SFR, l'ouverture à la 4G+ a dû attendre octobre 2014. Le déploiement de la 4G+ est également en cours chez Free, même si le groupe de Xavier Niel ne communique pas sur le sujet. Début 2017, les villes suivantes étaient desservies en 4G+ par un opérateur au moins : Aix-en-Provence, Angoulême, Avignon, Bayonne, Béziers, Biarritz, Bordeaux, Brest, Cannes, Chartres, Clermont-Ferrand, Douai, Fontainebleau, Grenoble, Lens, Lyon, Marseille, Montélimar, Montpellier, Mulhouse, Nancy, Nantes, Narbonne, Nice, Paris et la région parisienne, Reims, Rouen, Roubaix, Saint Etienne, Toulon, Toulouse, Tours, Strasbourg et Valenciennes

 

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L'attribution des fréquences

En France, les fréquences radios représentent un bien public. Il est du rôle de l'état de décider de leur assignation pour chaque usage (téléphonie mobile, TNT, etc) et pour chaque acteur sur une durée limitée. L’organisme compétent en la matière est l'ARCEP (Autorité de Régulation des Communications Électroniques et des Postes). Il est en charge de la régulation du secteur des télécoms et procède à des appels à candidature lors des ouvertures de bandes de fréquences. Celles-ci sont mises aux enchères par l'ARCEP sous forme de lots de 5 MHz duplex (5 MHz pour l'émission et 5 MHz pour la réception) Les 4 opérateurs de réseau français, que sont Orange, SFR, Bouygues Telecom et Free, doivent ensuite formuler des offres pour les acquérir.

La couverture mobile des opérateurs

La 2G étant disponible presque partout sur le territoire, nous nous concentrerons sur la couverture 3G et 4G des opérateurs ainsi que sur les projets de déploiements à venir.

en 3G

Au 3 mars 2017, Orange est leader sur la couverture 3G avec 20 417 sites d'antennes-relais actifs, contre 18 542 pour SFR, 14 603 pour Bouygues Telecom et 8873 pour Free.

L'ARCEP mesure annuellement le taux de couverture territoriale de chaque opérateur. Ainsi, en juillet 2016, l'organisme avançait les chiffres suivants :

  • Orange : 92,6% du territoire couvert en 3G
  • SFR : 91,9%
  • Free : 82,6%
  • Bouygues Telecom : 80%
la couverture 3G d'Orange

Si l'on excepte certains territoires isolés, la 3G d'Orange est disponible partout en France.

en 4G

Au 3 mars 2017, Bouygues Telecom est leader sur la couverture 4G avec 11 121 sites d'antennes-relais actifs, contre 10 687 pour SFR, 10 500 pour Orange et 7938 pour Free.

Toutefois, en matière de territoire couvert, c'est Orange qui figure en tête du dernier état des lieux de l'ARCEP (juillet 2016) :

  • Orange : 35% du territoire couvert en 4G
  • Bouygues Telecom : 31%
  • Free : 26%
  • SFR : 21%

Au début de l'année 2017, les opérateurs ont communiqué de nouvelles statistiques : Orange déclarait fournir la 4G à 88% de la population française, contre 85% pour Bouygues Telecom et 81% pour SFR.

la couverture 4G de Bouygues Telecom

La couverture 4G de Bouygues Telecom

Projets de déploiement

Dans l'optique de faire bénéficier du réseau de quatrième génération au plus grand nombre, l'ARCEP a sommé les opérateurs de développer leurs infrastructures dans des zones prioritaires, correspondant aux zones peu denses. Ainsi, d'ici 2020, la 4G devra couvrir 90% de ces territoires isolés. Sur l'ensemble de la métropole, l'objectif à long terme fixé pour le 17 janvier 2027 est de couvrir 99,6% du territoire. Par ailleurs, sur la 3G, Free devra d'ici le 12 janvier 2018 remplir ses obligations de couverture et avoir étendu son réseau à 90% du territoire.

Réseaux mobile : quels impacts sur les utilisateurs ?

Le déploiement des réseaux mobile a des conséquences directes sur l'expérience des utilisateurs mais aussi sur le choix de leur forfait mobile et de leur téléphone portable.

Le choix du forfait mobile

Avant de choisir son forfait mobile, il convient de prendre connaissance de la couverture réseau des différents opérateurs dans la zone géographique où l'on envisage d'utiliser le plus souvent son mobile. Si l'utilisateur souhaite par exemple bénéficier de 4G ou de la 4G+, il peut consulter les cartes de déploiement mises en ligne par les principaux opérateurs sur leur site internet. Il est possible, également, de contacter Selectra au 09 75 18 33 47 afin d'obtenir des informations au sujet de la qualité des réseaux. L'utilisation du réseau 4G nécessite par ailleurs d'avoir souscrit un forfait 4G.

 

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Il convient également de savoir que :

  • Tous les MVNO (Opérateurs de réseau mobile virtuel, de l'anglais Mobile Virtual Network Operator) utilisent les infrastructures des opérateurs de réseau (essentiellement SFR, mais également Orange et Bouygues Telecom dans certains cas). Si vous décidez de souscrire un abonnement mobile chez un MVNO, il convient donc de vous renseigner sur le réseau de son opérateur hôte.
  • Certains opérateurs MVNO ne proposent toujours pas de forfaits 4G. On peut notamment citer Simplus, Club Sérénité, Club Budget, Bazile Telecom ou Lebara Mobile. Ces opérateurs se limitent à la 3G, la 3G+ ou la H+. Chez d'autres opérateurs, certaines gammes d'abonnements sont compatibles 4G, d'autres ne proposent que la 3G et ses évolutions.
  • Certains forfaits mobile peuvent intégrer de la data (c'est-à-dire un volume de données mobile internet) répartie dans deux enveloppes distinctes, l'une en 4G, l'autre en 3G. C'est notamment le cas du forfait Free sans engagement. Cet abonnement, offrant jusqu'à 50Go, donne bien accès à 50Go mais uniquement sur le réseau 4G. En 3G, le forfait ne comporte en réalité qu'une enveloppe de 20Go (limité à 3Go avec un forfait incompatible 4G).

Le choix du téléphone

Seule l'utilisation de la 4G permet de pleinement profiter des potentialités de l'internet mobile (navigation fluide, téléchargements rapides, vidéos en streaming, visiophonie, cloud gaming, etc.). Pour en bénéficier, il faut toutefois s'assurer de disposer d'un smartphone compatible 4G. Depuis 2013, la plupart des smartphones sont désormais compatibles 4G. Pour savoir si votre smartphone est compatible 4G, il suffit de consulter ses caractéristiques techniques sur le site du constructeur ou sur des sites spécialisés.

Les smartphones compatibles 4G+ sont pour l'heure plus rares, même s'ils tendent à se multiplier. Parmi les marques les plus notoires proposant la compatibilité 4G+, on peut citer Samsung (Galaxy S6/S6, Edge/S6, Edge Plus), iPhone (6S/6S Plus), Sony Xperia (Z5, Z5 Compact, Z5 Premium), HTC (10, One A9, One M9) ou encore l'Honor 8, le Motorola Moto Z, le Huawei P9, etc.

La 5G

L'arrivée de lacinquième génération de réseau mobile (5G) est d'ores et déjà à l'oeuvre. Les Sud-Coréens se lanceront les premiers dans l'aventure dès 2018 lors des Jeux Olympiques d'hiver de PyeongChang, en proposant la 5G aux sportifs et aux journalistes présents dans le parc olympique.

En France, l'ARCEP a donné son aval à Orange pour mener rapidement de premières expérimentations. On estime ainsi que les premiers smartphones compatibles 5G seront commercialisés dès 2019, alors que les fondations du réseau devraient voir le jour l'année suivante.

La 5G devrait offrir des débits nettement supérieurs à la 4G+, pouvant atteindre jusqu'à 20Gbits/s. De quoi permettre de nouveaux usages : généralisation de la UHD (Ultra Haute Définition), voitures autonomes, télémédecine... Elle permettra de connecter simultanément un très grand nombre d'objets, ce qui accélérera notamment le développement du secteur de la domotique.

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